JPS62278159A - Manufacture of cadmium sulfide sintered membrane - Google Patents

Manufacture of cadmium sulfide sintered membrane

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JPS62278159A
JPS62278159A JP61119164A JP11916486A JPS62278159A JP S62278159 A JPS62278159 A JP S62278159A JP 61119164 A JP61119164 A JP 61119164A JP 11916486 A JP11916486 A JP 11916486A JP S62278159 A JPS62278159 A JP S62278159A
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JP
Japan
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film
cds
temperature
paste
cadmium sulfide
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Application number
JP61119164A
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Japanese (ja)
Inventor
俊彦 鈴木
友幸 吉田
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 (利用分野) 本発明は硫化カドミウム(以下CdSと記す)、塩化カ
ドミウム(以下CdCβ2と記す)および有機ビヒクル
を含有するペーストを絶縁基板上に塗布、乾燥後焼成し
て得られるCdS焼結膜、特に太陽電池への応用を意図
した低抵抗かっ粒径の大きいCdS焼結膜の製造方法に
関するものである。
Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention (Field of Application) The present invention provides a method for applying a paste containing cadmium sulfide (hereinafter referred to as CdS), cadmium chloride (hereinafter referred to as CdCβ2), and an organic vehicle onto an insulating substrate. The present invention relates to a method for producing a CdS sintered film obtained by coating, drying, and firing, particularly a CdS sintered film with a low resistance and large grain size intended for application to solar cells.

、(従来の技術) CdSは光導電素子や光起電力素子などに多く利用され
産業上有用な材料である。また最近はへテロ接合型太陽
電池の窓材としても有望視されている。
(Prior Art) CdS is an industrially useful material that is often used in photoconductive elements, photovoltaic elements, and the like. Recently, it has also been seen as promising as a window material for heterojunction solar cells.

CdS膜の製造方法には蒸着、スプレー、気相成長法な
どがあるが1歩留まりが良く量産性のある製造法は、ス
クリーン印刷後焼結する方法である。この方法で製造さ
れるCdS焼結膜を太陽電池へ応用するためには、電気
抵抗が小さいことが要求される。
Methods for manufacturing CdS films include evaporation, spraying, and vapor phase growth, but a manufacturing method with good yield and mass production is screen printing followed by sintering. In order to apply the CdS sintered film produced by this method to solar cells, it is required to have low electrical resistance.

従来CdS焼結膜は、上記ペーストをスクリーン印刷機
等で絶縁基板上に印刷し乾燥させたものを有孔蓋付きボ
ートに入れた後、雰囲気炉内で一定温度に加熱焼成して
製造されている(特開昭52−25305)。
Conventionally, CdS sintered films are manufactured by printing the above paste on an insulating substrate using a screen printer, etc., drying it, placing it in a boat with a perforated lid, and then heating and baking it at a constant temperature in an atmospheric furnace. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-25305).

(発明が解決しようとする問題点) この方法の特徴は、蓋の孔を通して雰囲気ガスが膜と適
度に接触できることおよび融剤として働< CdCβ2
の揮発量が孔の大きさと昇温スピードである程度コント
ロールできることである。
(Problems to be Solved by the Invention) The characteristics of this method are that the atmospheric gas can appropriately contact the membrane through the hole in the lid, and that it acts as a flux < CdCβ2
The amount of volatilization can be controlled to some extent by the size of the pores and the speed of temperature rise.

しかし、この方法ではCdCJ2の融点(568℃)よ
りも100℃はど高い温度雰囲気内で加熱するためCd
Cj!2蒸気が焼結時充分に作用することなく散逸する
状況となっている。
However, in this method, CdCJ2 is heated in an atmosphere at a temperature 100℃ higher than its melting point (568℃).
Cj! The situation is such that the two steams do not act sufficiently during sintering and are dissipated.

そのため粒径が大きく緻密で電気抵抗の小さなCdS焼
結膜を作製することはできなかった。
Therefore, it has not been possible to produce a CdS sintered film with large particle size, denseness, and low electrical resistance.

本発明は、従来法では製造困難であった粒成長と低電気
抵抗を同時に満足するCdS焼結膜を安定供給すること
を目的とする。
An object of the present invention is to stably supply a CdS sintered film that simultaneously satisfies grain growth and low electrical resistance, which have been difficult to produce using conventional methods.

(発明による間窟点の解決手段) 本発明によれば、硫化カドミウム粉末と塩化カドミウム
および有機ビヒクルを含有するペーストを基板上に塗布
、乾燥したのち熱処理を施すことにより硫化カドミウム
膜を製造する方法において、前記熱処理は、酸素を0.
1〜20vol%含有する雰囲気において塩化カドミウ
ムの溶融;H度量上揮発温度以下の温度に保持し硫化カ
ドミウムを粒成長させる粒成長工程と非酸化性雰囲気に
おいて塩化カドミウムの揮発温度以上の温度に保持し、
塩化カドミウムを揮発させる揮発工程とからなることを
特徴とする硫化カドミウム焼結膜の製造方法により上記
目的が達成される。
(Means for solving gaps according to the invention) According to the present invention, a method for manufacturing a cadmium sulfide film by applying a paste containing cadmium sulfide powder, cadmium chloride, and an organic vehicle onto a substrate, drying it, and then subjecting it to heat treatment. In the heat treatment, oxygen is reduced to 0.
Melting of cadmium chloride in an atmosphere containing 1 to 20 vol%; Grain growth step in which cadmium sulfide is grown as grains by maintaining it at a temperature below its volatilization temperature in terms of H content; and a grain growth process in which it is maintained at a temperature above its volatilization temperature in a non-oxidizing atmosphere. ,
The above object is achieved by a method for producing a sintered cadmium sulfide film, which comprises a volatilization step of volatilizing cadmium chloride.

粒成長工程を530〜600℃で行うこと、或いは、揮
発工程を620〜700℃で行うことは夫々好ましい。
It is preferable to carry out the grain growth step at 530 to 600°C, or to carry out the volatilization step at 620 to 700°C, respectively.

以下本発明の基本的着想について略述する。The basic idea of the present invention will be briefly described below.

本発明者らはCdSの粒成長を促進する方法を検討する
ためその1つとして前記特開昭52−25305号の明
細書の記載内容を実施した。その結果1Mにつけた孔の
面積を小さくすると多少粒成長は進むものの粒径が大き
くて緻密な膜は得られないことがわかった。
The present inventors carried out the contents described in the specification of JP-A No. 52-25305 as one of the methods to study methods for promoting grain growth of CdS. As a result, it was found that if the area of the holes made in 1M was reduced, grain growth progressed to some extent, but the grain size was large and a dense film could not be obtained.

ところが従来不適当と指摘されていた無孔蓋を使用した
時に初めて粒径の大きいCdS膜を得ることができた。
However, it was possible to obtain a CdS film with a large particle size for the first time when using a non-porous lid, which had previously been pointed out to be inappropriate.

しかし、この場合には膜の電気抵抗が数+に〜数百にΩ
/口にも達し、電気抵抗を下げることはできなかった。
However, in this case, the electrical resistance of the membrane is several + to several hundred Ω.
/It reached the mouth, and the electrical resistance could not be lowered.

そこで発明者らは。So the inventors.

上記電気抵抗が下がらない理由としてCdCj!2が粒
界および膜表面に残留するためであると考えた。
CdCj! is the reason why the electrical resistance does not decrease! It was thought that this was because 2 remained at grain boundaries and on the film surface.

その後粒成長と低電気抵抗を同時に満足する焼結膜を作
製するには、焼成容器に入れた膜を一度CdCj!2の
液相ができる温度で一定時間保持し、その後温度を上げ
て不要となったCdCj!2をガス抜きから除去すれば
良いことがわかり本発明を完成するに到ったものである
After that, in order to produce a sintered film that satisfies grain growth and low electrical resistance at the same time, the film placed in the firing container must be heated using CdCj! CdCj, which is no longer needed, is held for a certain period of time at a temperature where the liquid phase of 2 is formed, and then the temperature is raised. It was found that 2 could be removed through degassing, leading to the completion of the present invention.

(好適な実施の態様) 以下にCdS焼結膜ができあがるまでの工程(a)〜(
d)及び前記工程を経て作製されたCdS膜上にCdT
e膜、オーム性電極を形成して太陽電池とする工程(e
)、(f)を詳細に説明する。
(Preferred mode of implementation) The following steps (a) to () until the CdS sintered film is completed
d) and CdT on the CdS film produced through the above steps.
The process of forming an e-film and an ohmic electrode to form a solar cell (e
) and (f) will be explained in detail.

(a)CdSペーストの調整 ここでいうCdSペーストとは、CdS粉末。(a) Adjustment of CdS paste The CdS paste here refers to CdS powder.

Cd1l!  、を機ビヒクルが均一に混じり合ったも
のをさす。ペーストに含まれるCdS粉末の平均粒径は
、0.1〜10μmがよ<0.1μm未満では粒成長し
ても結晶が大きくなりに<<、逆に、10μmを越える
と基板に塗布した場合1表面がでこぼこして均質な膜が
得られにくくなる。
Cd1l! , refers to a homogeneous mixture of vehicle and vehicle. The average particle size of the CdS powder contained in the paste is 0.1 to 10 μm. If it is less than 0.1 μm, the crystals will become large even if the grains grow. Conversely, if it exceeds 10 μm, the crystals will become large when applied to the substrate. 1. The surface is uneven, making it difficult to obtain a homogeneous film.

Cd(j  はCdSと同程度の粒径をもつ粉末状態で
もよいし、たとえば水に溶解させた状態でもよい。ただ
しCdCJ  添加量はCdSに対して5〜20wt%
がよ<、5v’t%未満では粒成長が不十分な膜となる
し逆に20wt%を越えると焼結後膜中に残留したり基
板ガラスが失透するため好ましくない。
Cd(j may be in a powder state with a particle size similar to that of CdS, or may be dissolved in water, for example. However, the amount of CdCJ added is 5 to 20 wt% relative to CdS.
If it is less than 5% by weight, the film will have insufficient grain growth, and if it exceeds 20% by weight, it will remain in the film after sintering or the substrate glass will devitrify, which is not preferable.

有機ビヒクルは次の塗布工程での作業性を良くするため
に前記粉末と混合して使用する助剤である。そのため粘
性のある有機物であればどんなものでもよいがただしで
きるだけ沸点の低いものがよい。具体的にはプロピレン
グリコール、エチレングリコール等でよい。
The organic vehicle is an auxiliary agent that is mixed with the powder to improve workability in the subsequent coating process. Therefore, any viscous organic substance may be used, but it is preferable to use one with a boiling point as low as possible. Specifically, propylene glycol, ethylene glycol, etc. may be used.

以」−3者をたとえば3本ローラー等の混線機によりよ
く混合し粘り気のあるペースト状とする。
The three components are thoroughly mixed using a mixer such as a three-roller to form a sticky paste.

(b)CdSペーストの塗布 (a)で作製したペーストをたとえばスクリーン印刷機
で絶縁基板上に所望の大きさ、厚さに印刷する。ここで
いう絶縁基板とは、たとえばA 1203基板、ホウケ
イ酸ガラス基板等をさす。太陽電池への応用を考えるな
らばガラス基板を用いるのが適当である。
(b) Application of CdS paste The paste prepared in (a) is printed on an insulating substrate to a desired size and thickness using, for example, a screen printer. The insulating substrate herein refers to, for example, an A1203 substrate, a borosilicate glass substrate, and the like. When considering application to solar cells, it is appropriate to use a glass substrate.

絶縁基板への塗布法はスクリーン印刷機だけでなくスプ
レーガンを用いてもよいし、刷毛を用いてもよい。
The coating method on the insulating substrate may be performed by using not only a screen printer but also a spray gun or a brush.

このとき乾燥後の膜厚が10〜100μm程度となるよ
うに塗布膜を制御しておく。なぜなら10um未満の薄
い膜では低電気抵抗となり難いし100μmを越えると
焼結時に亀裂を発生しやすくなる。
At this time, the coating film is controlled so that the film thickness after drying is approximately 10 to 100 μm. This is because if the film is thinner than 10 μm, it is difficult to achieve low electrical resistance, and if it exceeds 100 μm, cracks are likely to occur during sintering.

(c)乾燥 乾燥は絶縁基板上に塗布したペースト中の有機物を除去
する工程である。したがってこの工程は大気雰囲気で行
なえばよい。乾燥温度は使用する有機物によって異なる
が、一般に沸点近くの温度とする。
(c) Drying Drying is a process of removing organic substances from the paste applied on the insulating substrate. Therefore, this step may be performed in an atmospheric atmosphere. The drying temperature varies depending on the organic substance used, but is generally near the boiling point.

乾燥時間は60〜30分でおさまるように設定するのが
好ましい。乾燥時間をこれ以下にすると膜内iこ有機物
が残留しやすくなるし、逆に長くすることはエネルギー
の無駄使いとなる。
It is preferable to set the drying time to 60 to 30 minutes. If the drying time is shorter than this, organic substances tend to remain in the film, and if the drying time is made longer, energy is wasted.

(d)焼成 CdS膜の焼成は本発明の中心となる部分である。(d) Firing Firing the CdS film is a central part of the present invention.

第1段(CdS粒成長工程):第1段口の温度で保持し
ている間に溶融したCdCβ2中にCdSが溶解−再結
晶し粒成長が進む。
First stage (CdS grain growth step): CdS is dissolved and recrystallized in the molten CdCβ2 while being held at the temperature at the first stage entrance, and grain growth progresses.

このときの温度は530〜600℃がよくl雰囲気は不
活性ガスと0.1〜20vol%の酸素を混合した雰囲
気が好ましい。
The temperature at this time is preferably 530 to 600°C, and the atmosphere is preferably an atmosphere containing an inert gas and 0.1 to 20 vol % oxygen.

保持時間は、溶融CdCl2中にCdSを十分溶解させ
るため凡そ1〜2時間が適当である。このとき9粒成長
の工程の温度が530℃未満ではCdC(2が溶融しな
いし、逆に600℃を越えるとCdC112が散逸して
しまうので好ましくない。
The holding time is approximately 1 to 2 hours to sufficiently dissolve CdS in the molten CdCl2. At this time, if the temperature in the 9-grain growth step is less than 530°C, CdC(2) will not melt, and if it exceeds 600°C, CdC112 will dissipate, which is not preferable.

又このとき焼成雰囲気が不活性ガスだけでは次の■〜■
に示す反応が起こらないためにCdリッチな組成となら
ず電気抵抗が高くなる。
At this time, if the firing atmosphere is only an inert gas, the following ■~■
Since the reaction shown in (a) does not occur, the composition does not become Cd-rich and the electrical resistance becomes high.

Cd S + 20   −Cd S O4・・・■C
dS+Cd50  →2Cd+2SO2↑・・・■z 
Cd + (+−x)Cd S→Cd S l−x  
   −・・■逆に20vol%を越えた酸素を含む雰
囲気ではCdSが酸化されるため好ましくない。
Cd S + 20 -Cd S O4...■C
dS+Cd50 →2Cd+2SO2↑・・・■z
Cd + (+-x)Cd S→Cd S l-x
-...■ Conversely, an atmosphere containing more than 20 vol % of oxygen is not preferable because CdS will be oxidized.

上記条件で少くとも1時間保持されたものは。Those kept under the above conditions for at least 1 hour.

結晶粒が従来より2〜3倍大きくなる。この際CdSの
結晶粒径が約25μm以上に達するまで第1段目の処理
を行うことが好ましい。CdS粒成長がこれより不十分
の場合、小さな結晶粒の粒界で光が散乱してPN接合部
まで光が十分到達しないため、変換効率は対応して低下
傾向を示す。
Crystal grains are 2 to 3 times larger than conventional ones. At this time, it is preferable to carry out the first stage treatment until the crystal grain size of CdS reaches approximately 25 μm or more. When the CdS grain growth is insufficient, the conversion efficiency tends to decrease correspondingly because light is scattered at grain boundaries of small crystal grains and does not sufficiently reach the PN junction.

第2段(cdCI!2揮発工程):第2段目の温度で保
持している間に不要となったCdC112を膜内から除
去する。このため第2段目の加熱温度は第1段目のそれ
よりも高く設定する。具体的に言うと加熱温度は620
〜700℃がよく。
Second stage (cdCI!2 volatilization step): CdC112 that is no longer needed is removed from the film while being held at the second stage temperature. Therefore, the heating temperature of the second stage is set higher than that of the first stage. Specifically speaking, the heating temperature is 620
~700℃ is best.

620℃未満では膜内にCdCl2が残りやすいし70
0℃を越えるとCdSの昇華が起こったり、ガラス基板
が軟化するので好ましくない。
At temperatures below 620°C, CdCl2 tends to remain in the film.70
If the temperature exceeds 0° C., sublimation of CdS may occur or the glass substrate may become softened, which is not preferable.

揮発のための保持時間は設定温度によって異なるが凡そ
1〜2時間が適当である。CdCf2がCdS結晶粒子
間に残留すると、CdS膜の電気抵抗が大きくなり、た
とえば100Ω/口を越えると電池の真性変換効率は5
%以下に劣化するので好ましくない。従ってこの揮発工
程ではCdCf2が実質的に残留しないようにするよう
・各条件を選定する。
The holding time for volatilization varies depending on the set temperature, but approximately 1 to 2 hours is appropriate. When CdCf2 remains between CdS crystal particles, the electrical resistance of the CdS film increases, and for example, if it exceeds 100 Ω/hole, the intrinsic conversion efficiency of the battery decreases to 5.
% or less, which is not preferable. Therefore, in this volatilization step, conditions are selected so that substantially no CdCf2 remains.

このときの雰囲気は、CdSの酸化を防ぐため非酸化性
雰囲気とする。
The atmosphere at this time is a non-oxidizing atmosphere to prevent oxidation of CdS.

なお(a)〜(d)の工程を経て作製されたCdS膜上
に(e)CdTe膜形成、(f)オーム性電極形成を行
って太陽電池とするが、以下の工程(e)、(f)は本
発明を基礎として利用した応用例に関するものである。
Note that (e) CdTe film formation and (f) ohmic electrode formation are performed on the CdS film produced through the steps (a) to (d) to form a solar cell, but the following steps (e) and ( f) relates to an application example using the present invention as a basis.

以下、第1図に例示する太陽電池の断面図を用いて説明
する。
Hereinafter, explanation will be made using a cross-sectional view of a solar cell illustrated in FIG. 1.

(e)CdTe膜の作製 CdTe膜はCdS膜と同様、ペーストを印刷−し焼成
して得られる。ただし、ペースト中のCdTe粉末の粒
径は、CdTe拉子をCdS膜と均一接触させるため、
CdSの粒径より小さくすることが必要である。具体的
には01〜1μmが適当である。
(e) Preparation of CdTe film Similar to the CdS film, the CdTe film is obtained by printing and baking a paste. However, the particle size of the CdTe powder in the paste is adjusted to ensure uniform contact between the CdTe scraper and the CdS film.
It is necessary to make the grain size smaller than that of CdS. Specifically, 01 to 1 μm is suitable.

CdTeペーストは、上記CdTe粉末に融剤として働
(CdCJ  、有機ビヒクルを適量混合、混練して得
られる。ただしc dCI22添加量はCdTeの0.
5〜5vt%が良く、これ以下ではCdSとCdTeの
接着強度が弱くなるし、5vt96を越えるとCdCJ
!2が残留しやすくなり電池性能を悪くするので好まし
くない。
The CdTe paste is obtained by mixing and kneading the CdTe powder with an appropriate amount of an organic vehicle (CdCJ) that acts as a flux.
5 to 5vt% is good; below this, the adhesive strength between CdS and CdTe will be weak, and if it exceeds 5vt96, CdCJ
! This is not preferable because 2 tends to remain and deteriorates battery performance.

有機ビヒクルの量はペーストを印刷しやすい粘度となる
よう調節する。このペーストを焼成膜厚が5〜20μm
となるようにCdS膜上に印刷する。CdTeの膜厚が
これより薄いと、膜のミクロボアを介してCdTe用電
極とCdS膜とが電気的に導通状態となりやすくなり電
池として作動しなくなる。逆にCdTe膜が厚くなると
、厚さ方向(電流の流れる方向)の電気抵抗が増して電
池の内部抵抗をおし上げるので好ましくない。
The amount of organic vehicle is adjusted so that the paste has a viscosity that is easy to print. This paste is fired to a film thickness of 5 to 20 μm.
Print on the CdS film so that If the CdTe film is thinner than this, the CdTe electrode and the CdS film tend to become electrically conductive through the micropores of the film, making it impossible to operate as a battery. Conversely, if the CdTe film becomes thicker, the electrical resistance in the thickness direction (direction of current flow) increases, which is undesirable because it increases the internal resistance of the battery.

印刷したCdTe膜は、CdS膜と同様の条件で乾燥し
た後焼成する。CdTe焼成容器は。
The printed CdTe film is dried and then fired under the same conditions as the CdS film. CdTe firing container.

CdS膜焼膜用成用じものでよい。ただし雰囲気は非酸
化性雰囲気とする。CdTe膜の焼成は。
The same material used for forming a CdS film may be used. However, the atmosphere should be non-oxidizing. Firing the CdTe film.

CdTe膜がCdS膜と適度な強度で接着し、かつCd
S膜との界面に拡散層の形成される温度。
The CdTe film adheres to the CdS film with moderate strength, and the Cd
Temperature at which a diffusion layer is formed at the interface with the S film.

時間で行なう。具体的には、600〜700℃の温度で
1〜2時間焼成すればよい。この範囲より低温、短時間
ではCdTe膜とCdS膜の接着強度が弱いし、高温、
長時間では接合界面部に厚いCdTe   S  層が
形成され短波長側での感度−x  x を低下させてしまうため好ましくない。
Do it in time. Specifically, firing may be performed at a temperature of 600 to 700°C for 1 to 2 hours. At lower temperatures and for a shorter time than this range, the adhesive strength between the CdTe film and the CdS film is weak, and at high temperatures,
A long time is not preferable because a thick CdTe S layer is formed at the bonding interface, which lowers the sensitivity -x x on the short wavelength side.

(f)電極形成 (e)で得られたCdTe膜上に50〜500ppff
lのCuを含むカーボンペーストを印刷した後、所定f
f1(好ましくは0.5〜5  vol%)の酸素を含
む不活性ガス中で300〜500℃、30〜60分間焼
成することによりオーム性電極を形成する。このときC
uはCdTe膜に対してアクセプターとして作用する。
(f) 50 to 500 ppff on the CdTe film obtained in electrode formation (e)
After printing a carbon paste containing 1 of Cu, a predetermined f
An ohmic electrode is formed by firing in an inert gas containing f1 (preferably 0.5 to 5 vol%) oxygen at 300 to 500°C for 30 to 60 minutes. At this time C
u acts as an acceptor for the CdTe film.

したがって、Cu無添加のカーボンペーストでは開放電
圧(電流を流さない状態での電池電圧)の小さい電池し
か得られない。しかしCu添加瓜が上記範囲より増える
とCuがCdS膜の抵抗を上昇させるため好ましくない
Therefore, with carbon paste without Cu addition, only a battery with a low open circuit voltage (battery voltage in a state where no current is applied) can be obtained. However, if the amount of Cu added exceeds the above range, it is not preferable because Cu increases the resistance of the CdS film.

また、Cuを添加したカーボンペーストでも焼成雰囲気
中の酸素濃度が上記範囲より低い場合には+  Cd 
T e膜に対するオーム性電極となりにくいし、逆にこ
れ以上にするとカーボン電極の電気抵抗が大きくなるた
め好ましくない。
In addition, even if the carbon paste contains Cu, if the oxygen concentration in the firing atmosphere is lower than the above range, +Cd
It is difficult to form an ohmic electrode for the Te film, and conversely, if it is more than this, the electrical resistance of the carbon electrode increases, which is not preferable.

このあとCdS膜のオーム性電極としてInを含むAg
ペーストを印刷後焼きつける。
After this, Ag containing In was used as the ohmic electrode of the CdS film.
Bake the paste after printing.

In添加量はAgペーストに対して10〜30vt%で
よい。なぜならこれ以下ではオーム性接触が得られにく
いが、逆にこれ以上添加しても効果はほとんど変わらな
いからである。高価なInの添加量を少しでも減らすと
いう点からみて上記範囲がよい。
The amount of In added may be 10 to 30 vt% based on the Ag paste. This is because if the amount is less than this, it is difficult to obtain ohmic contact, but even if more than this is added, the effect will hardly change. The above range is preferable from the point of view of reducing the amount of expensive In added.

このAg−Inペーストを大気中で、工Ωの融点(15
6℃)より30〜50℃高い温度で30〜60分間加熱
するだけでCdS膜に対するオーム性電極とすることが
できる。
The melting point of this Ag-In paste (15
It is possible to form an ohmic electrode for a CdS film by simply heating it for 30 to 60 minutes at a temperature 30 to 50°C higher than 6°C.

最後にカーボン電岸上にAgペーストを印刷し、乾燥(
室温)させることにより補助電極を形成する。
Finally, Ag paste is printed on the carbon strip and dried (
An auxiliary electrode is formed by allowing the solution to cool (at room temperature).

実施例 次に本発明のCdS焼結膜製造方法により製造されたC
dS焼結膜の実施例1〜4及び前記CdS焼結膜を用い
てなる太陽電池の実施例5を示す。また、比較例として
は。
Example Next, CdS sintered film manufacturing method of the present invention was produced.
Examples 1 to 4 of dS sintered films and Example 5 of a solar cell using the CdS sintered films will be shown. Also, as a comparative example.

CdSの粒成長工程の温度が 530℃未満である場合   ・・・比較例ICd(1
!2の揮発工程の雰囲気を 酸化性雰囲気とした場合   ・・・比較例2一定速度
で昇温した場合     ・・・比較例3比較例3の条
件により製造されたCdS焼結膜を用いて太陽電池とし
た場合 ・・・比較例4を示す。
When the temperature of the CdS grain growth step is less than 530°C...Comparative example ICd (1
! When the atmosphere in the volatilization step in step 2 is an oxidizing atmosphere ...Comparative example 2 When the temperature is raised at a constant rate ...Comparative example 3 A solar cell and a CdS sintered film manufactured under the conditions of comparative example 3 were used. In the case where ... Comparative Example 4 is shown.

なお、CdS焼結膜の評価は、CdS焼結膜のシート抵
抗及び平均粒径のM)定により行なった。
The CdS sintered film was evaluated based on the sheet resistance and average grain size (M) of the CdS sintered film.

また、太陽電池の評価は2次の様にして行なった。In addition, evaluation of the solar cell was performed in the following manner.

一定の光強度をもつ擬似太陽光下での太陽電池の電流(
1)−電圧(V)特性をポテンショスタットとファンク
ションジェネレータおよびX−Yレコーダーを組み合せ
て求める。
Solar cell current under simulated sunlight with constant light intensity (
1) - Obtain voltage (V) characteristics by combining a potentiostat, a function generator, and an XY recorder.

すなわち光照射時に発生する電池電圧を打ち消す方向に
ポテンショスタットで印加した電圧とその時電池内を流
れる電流をX−Yプロッタに記録する。このときの印加
電圧をファンクションジェネレーターにより一定スピー
ドで掃引すれば第2図に示すようなI−V曲線が得られ
る。
That is, the voltage applied by a potentiostat in a direction that cancels out the battery voltage generated during light irradiation and the current flowing in the battery at that time are recorded on an X-Y plotter. If the applied voltage at this time is swept at a constant speed by a function generator, an IV curve as shown in FIG. 2 will be obtained.

この曲線から最大出力となる(1.V)の組み合わせ(
I   、V   )を求め(第2図参照)。
From this curve, the combination (1.V) that gives the maximum output (
I , V ) (see Figure 2).

IIax      l1ax 次式により変換効率を決定した。IIax l1ax The conversion efficiency was determined by the following formula.

P:入射光の強度 S:を効受光面積(接合部面積) 実施例1 平均粒径2μmのCdS粉末(純度5N)73.94重
量部、平均粒径2pmのcdC12粉末(純度4N)1
0.08重量部およびプロピレン′グリコール15.9
8重量部をよく混練してCdSペーストを作製した。該
ペーストをスクリーン印刷機でホウケイ酸ガラス(10
X 12 Xo、8mm)上に8 X 10 amの大
きさに印刷した。これを室温で30分間放置し、レベリ
ングを行った後。
P: Intensity of incident light S: Effective light receiving area (junction area) Example 1 73.94 parts by weight of CdS powder (purity 5N) with an average particle size of 2 μm, cdC12 powder (purity 4N) with an average particle size of 2 pm 1
0.08 parts by weight and 15.9 parts by weight of propylene'glycol
A CdS paste was prepared by thoroughly kneading 8 parts by weight. The paste was coated with borosilicate glass (10
It was printed to a size of 8 x 10 am on a paper (X 12 Xo, 8 mm). After leaving this at room temperature for 30 minutes and leveling.

!i度150℃に設定した乾燥炉内で30分間加熱して
プロピレングリコールを膜内より除去した。その後、こ
の乾燥膜6枚を入れた有孔蓋付きボート(ボート: 2
8 X 54 XQ、5m+s、蓋:28X54X3a
+m、孔の総面積;10mm、材質:A、e 203)
を雰囲気ガス(1vol9602を含むN2)が2f!
/ff1inの割合で流されている電気炉内に収め、炉
内温度を15℃/ ff1inの速さで昇温し第1段目
の温度に到達させた。第1段目の:H度で1.5時間加
熱しCdSを粒成長させた後、雰囲気をN2ガスのみと
し炉内温度をさらに上げ第2段目の温度に到達させた。
! The propylene glycol was removed from the membrane by heating for 30 minutes in a drying oven set at 150°C. After that, a boat with a perforated lid (boat: 2
8 X 54 XQ, 5m+s, lid: 28X54X3a
+m, total hole area: 10mm, material: A, e 203)
The atmospheric gas (N2 containing 1vol9602) is 2f!
The sample was placed in an electric furnace flowing at a rate of 15° C./ff1 inch, and the temperature inside the furnace was raised at a rate of 15° C./ff1 inch to reach the temperature of the first stage. After the first stage was heated at H degrees for 1.5 hours to cause grain growth of CdS, the atmosphere was changed to N2 gas only, and the temperature inside the furnace was further increased to reach the second stage temperature.

第2段目の温度で1.5時間保持することにより不要と
なったCdCl2を膜内より除去した。
By holding the temperature at the second stage for 1.5 hours, unnecessary CdCl2 was removed from the inside of the film.

その後、炉内温度を室温まで徐冷してCdS焼結膜を得
た。
Thereafter, the temperature inside the furnace was slowly cooled to room temperature to obtain a CdS sintered film.

このとき得られたCdS膜のシート抵抗および平均粒径
と第1段目および第2段目の温度との関係を第1表にま
とめた。
Table 1 summarizes the relationship between the sheet resistance and average grain size of the CdS film obtained at this time and the temperatures of the first and second stages.

第  1  表 抵抗・・・シート抵抗 粒径・・・平均粒径 実施例2 実施例1と同様にしてCdSペーストを印刷し乾燥させ
た後、焼成容器に入れ第1段目のl晶度(Q、5  v
ol%0 を含むN  、  2J/ll1in)で2
時間、第2段目の温度(N  、  2j!/m1n)
で1、時間加熱してCdS焼結膜を作製した。このとき
得られたCdS膜のシート抵抗および平均粒径と第1段
目および第2段目の温度との関係を第2表にまとめた。
Table 1 Resistance: Sheet resistance Particle size: Average particle size Example 2 After printing and drying the CdS paste in the same manner as in Example 1, it was placed in a firing container and the crystallinity of the first stage (l) Q, 5v
N containing ol%0, 2J/ll1in) at 2
Time, second stage temperature (N, 2j!/m1n)
A CdS sintered film was prepared by heating for 1 hour. Table 2 summarizes the relationship between the sheet resistance and average grain size of the CdS film obtained at this time and the temperatures of the first and second stages.

実施例3 実施例1と同様にしてCdSペースト(15vt%のC
dC(2を含む)を印刷し乾燥させた後。
Example 3 CdS paste (15vt% C
After printing and drying dC (containing 2).

焼成容器に入れ第1段目の温度(5vol%02を含む
N  、  2J/aln)で1時間、第2段目の温度
(N  、  2J2/akin)で2時間加熱してC
dS膜 膜を作製した。このとき得られたCdS膜のシート抵抗
および平均粒径と第1段目および第2段目の温度との関
係を第3表にまとめた。
Place in a firing container and heat at the temperature of the first stage (N containing 5 vol% 02, 2 J/aln) for 1 hour and at the temperature of the second stage (N, 2 J2/akin) for 2 hours.
A dS film was prepared. Table 3 summarizes the relationship between the sheet resistance and average grain size of the CdS film obtained at this time and the temperatures of the first and second stages.

実施例4 実施例1で使用したCdSペーストを110×110關
のホウケイ酸ガラス上に1oox、、100 mtaの
大きさに印刷し乾燥させた後、有孔蓋付きボート(ボー
ト:115X115X8.5mm、蓋:115X115
X2mm、孔の総面積二87II1112.材質:Aで
203)に収め、まず560℃(lvol%0 を含む
N  、2J/1n)で1.5時間、さらに670℃(
N  、  2j!/5in)で1.5時間加熱してC
dS焼結膜を作製した。
Example 4 The CdS paste used in Example 1 was printed on a 110 x 110 borosilicate glass to a size of 100 x 100 mta, dried, and then printed on a boat with a perforated lid (boat: 115 x 115 x 8.5 mm, Lid: 115X115
X2mm, total area of holes 287II1112. Material: A (203), first heated at 560°C (N containing lvol% 0, 2J/1n) for 1.5 hours, then further heated at 670°C (
N, 2j! /5in) for 1.5 hours at C
A dS sintered film was produced.

このようにして得られた膜の均一性を調べるため、膜面
積が20 X 20 mmとなるように基板より切り出
し、電極を付けて各々のシート抵抗を測定した。その結
果、第4表に示すように膜の電気抵抗値は場所ごとのば
らつきが小さく、大面積であっても膜は均質であること
がわかった。
In order to examine the uniformity of the films obtained in this manner, films having an area of 20 x 20 mm were cut out from the substrate, electrodes were attached, and the sheet resistance of each film was measured. As a result, as shown in Table 4, it was found that the electrical resistance value of the film had little variation from place to place, and the film was homogeneous even over a large area.

第4表 実施例5 実施例1のうち第1段目560’CX1.5時間(lv
ol%0 を含むN、  2 j!/1n ) r第2
段目690℃×1.5時間(N  、  2j!/5i
n)の条件で焼成したCdS膜(大きさ8N10mm)
上に、350メツシユアンダーまで粉砕したCdTe粉
末(5N)にCdCJ  、プロピレングリコールをそ
れぞれ1 wt%、15vt%加えたCdTeペースト
を印刷し乾燥させた後、N2雰囲気(2j!/alin
 N2)中において635℃で1.5時間焼成すること
によってCdTe@を形成した(大きさ8N6mm)、
CdS/CdTe太陽電池は、このCdTe膜上にカー
ボン電極(100ppmのCuを添加した。カーボンペ
ースト(日本黒鉛工業、エブリオームl0IP)を40
0℃X30分間1  vol260  を含むN2雰囲
気中で焼成)とAg補助電極(Agペースト(デュポン
4929))を、また、CdS膜上にAg−Inオーミ
ック電極(Inを20wt%含むAgペースト(デュポ
ン4929)を空気中で180℃×30分間加熱)を形
成して作製した。
Table 4 Example 5 First stage of Example 1 560'CX 1.5 hours (lv
N, 2 j! containing ol%0! /1n) r second
Stage 690℃ x 1.5 hours (N, 2j!/5i
CdS film (size 8N10mm) fired under the conditions of n)
On top, a CdTe paste made by adding 1 wt% and 15 vt% of CdCJ and propylene glycol to CdTe powder (5N) crushed to 350 mesh under, respectively, was printed, dried, and then placed in an N2 atmosphere (2j!/alin
CdTe@ was formed by firing at 635 °C for 1.5 h in N2) (size 8N6 mm),
The CdS/CdTe solar cell is made by adding a carbon electrode (100 ppm of Cu) onto this CdTe film.
An Ag auxiliary electrode (Ag paste (DuPont 4929)) was placed on the CdS film. ) was heated in air at 180°C for 30 minutes).

このようにして得られた素子を100111w/CII
+2のソーラーシュミレータ−光(擬似太陽光)下に置
き、真性変換効率を測定したところ9.0%であった。
The device obtained in this way is 100111w/CII
When placed under +2 solar simulator light (simulated sunlight), the intrinsic conversion efficiency was measured to be 9.0%.

比較例1 実施例1と同じCdSペーストを第1段目450℃×1
.5時間(lvol%Oを含むN2゜2 J/l1in
 ) 、第2段目670@CX1.5、時間(N  、
  2j!/a+in)の条件で焼成した。得られま たCdS膜のシート抵抗は900Ω/口、平均粒径は1
5μmであった。
Comparative Example 1 The same CdS paste as in Example 1 was heated at 450°C x 1 in the first stage.
.. 5 hours (N2゜2 J/l1in including lvol%O
), 2nd stage 670@CX1.5, time (N,
2j! /a+in) conditions. The sheet resistance of the obtained CdS film was 900 Ω/hole, and the average particle size was 1.
It was 5 μm.

比較例2 実施例1と同じCdSペーストを第1段口560℃×1
.5時間(lvol%0 を含むN2゜2 、e/ff
1in ) 、第2段目720℃×1時間(1vol%
Oを含むN  、  2j!/a+in)の条件で焼成
した。得られたCdS膜のシート抵抗は800Ω/口、
平均粒径は32μmであった。
Comparative Example 2 The same CdS paste as in Example 1 was heated at the first stage at 560°C x 1
.. 5 hours (N2゜2 including lvol%0, e/ff
1in), second stage 720℃ x 1 hour (1vol%
N including O, 2j! /a+in) conditions. The sheet resistance of the obtained CdS film was 800Ω/mouth,
The average particle size was 32 μm.

比較例3 実施例1と同様にしてCdSペーストをホウケイ酸ガラ
ス基板上に印刷し乾燥させたものを焼成容器に収め電気
炉内炉内で加熱した。
Comparative Example 3 A CdS paste was printed and dried on a borosilicate glass substrate in the same manner as in Example 1, and then placed in a firing container and heated in an electric furnace.

ただし、このときの焼成条件は、室1話から670℃ま
で10℃/Φinの速さで昇)話し670℃で1.5時
間保持した後、室温付近まで徐冷する温度パターンを用
いた。なお焼成雰囲気は。
However, the firing conditions at this time were such that the temperature was increased from chamber 1 to 670°C at a rate of 10°C/Φin, held at 670°C for 1.5 hours, and then slowly cooled to around room temperature. What is the firing atmosphere?

室温から560℃までl  vol%Oを含むN2を流
し、560℃以上および徐冷時はN2のみとした。
N2 containing 1 vol% O was flowed from room temperature to 560°C, and only N2 was used at 560°C or higher and during slow cooling.

この方法で得られたCdS膜のシート抵抗は1にΩ/口
、平均粒径は12μmであった。
The sheet resistance of the CdS film obtained by this method was 1 Ω/hole, and the average particle size was 12 μm.

比較例4 比較例3の条件で焼成したCdS膜上に実施例5と同様
にしてCdTe膜、カーボン電極、Ag−In電極を形
成して太陽電池を作製した。電池の真性変換効率(よ3
%であった。
Comparative Example 4 A CdTe film, a carbon electrode, and an Ag-In electrode were formed on a CdS film fired under the conditions of Comparative Example 3 in the same manner as in Example 5 to produce a solar cell. Intrinsic conversion efficiency of a battery (yo3
%Met.

(発明の作用および効果) 本発明のCdS焼結膜製造方法は、融剤として添加した
CdCl2が融液となる温度で一定時間保持しCdSを
十分粒成長させた後不要となったCdCf2を揮発させ
ることを特徴としている。
(Operations and Effects of the Invention) The CdS sintered film manufacturing method of the present invention maintains for a certain period of time at a temperature at which CdCl2 added as a flux becomes a melt, and after sufficient grain growth of CdS, unnecessary CdCf2 is volatilized. It is characterized by

本発明の製造方法により粒径が従来(10uffi前後
)より2〜4倍大きく (20〜40μm)かつ電気抵
抗が約1/10以下(100Ω/口以下)のCdS焼結
膜が得られる化学的作用は次のように考えられる。
The chemical action that allows the production method of the present invention to produce a CdS sintered film with a particle size 2 to 4 times larger (20 to 40 μm) than the conventional one (around 10 uffi) and an electrical resistance of about 1/10 or less (100 Ω/mouth or less). can be considered as follows.

焼成中CdCl2の液相ができ、しかも揮発しにくい温
度で一定時間保持しているので粒成長に必要なCdCl
2の融液が膜内に十分保持される。CdSは、この融液
内に溶解し再結晶して粒子を大きくする。しかも、この
とき融液が膜内に均一に分布するため大粒径かつ均質な
CdS膜が得られる。
During firing, a liquid phase of CdCl2 is formed, and since it is maintained at a temperature that is difficult to volatilize for a certain period of time, the CdCl necessary for grain growth is
2 melt is sufficiently retained within the membrane. CdS is dissolved in this melt and recrystallized to enlarge the particles. Furthermore, since the melt is uniformly distributed within the film, a CdS film with large grain size and homogeneity can be obtained.

しかし、このままでは膜内にCdCl2が残留している
ため、酸素との反応により半導体化の進んだCdS本来
の電気特性を引き出すことができない。このためさらに
温度を上げてCd(、e2を膜内より除去することによ
り低電気抵抗化をも同時に実現できるわけである。
However, as CdCl2 remains in the film as it is, it is not possible to bring out the original electrical properties of CdS, which has been made into a semiconductor due to reaction with oxygen. Therefore, by further increasing the temperature and removing Cd(, e2) from the film, lower electrical resistance can be achieved at the same time.

不法によれば、塗布−乾燥−焼成の工程をすべて自動化
することができる。しかも、得られる膜は大粒径、低電
気抵抗であるため従来太陽電池に用いられていた透明電
極(ITO膜等)が不要となるため太陽電池のコストを
大幅に下げることが可能である。
According to the method, the entire coating-drying-baking process can be automated. Moreover, since the resulting film has a large particle size and low electrical resistance, transparent electrodes (such as ITO films) conventionally used in solar cells are no longer necessary, making it possible to significantly reduce the cost of solar cells.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は1本発明の一応用実施例として製作した太陽電
池の断面を示す概略図。 第2図は、太陽電池の電流(1)−電圧(V)特性の一
例を示すI−V曲線を示すグラフである。 特許出願人  株°式会社豊田中央研究所代  理  
人  、弁理士  加  藤  朝  道(他1名)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a solar cell manufactured as an applied example of the present invention. FIG. 2 is a graph showing an IV curve showing an example of current (1)-voltage (V) characteristics of a solar cell. Patent applicant: Toyota Central Research Institute Co., Ltd.
Person, Patent Attorney Asamichi Kato (and 1 other person)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)硫化カドミウム粉末と塩化カドミウムおよび有機
ビヒクルを含有するペーストを基板上に塗布、乾燥した
のち熱処理を施すことにより硫化カドミウム膜を製造す
る方法において、前記熱処理は、酸素を0.1〜20v
ol%含有する雰囲気において塩化カドミウムの溶融温
度以上揮発温度以下の温度に保持し硫化カドミウムを粒
成長させる粒成長工程と非酸化性雰囲気において塩化カ
ドミウムの揮発温度以上の温度に保持し、塩化カドミウ
ムを揮発させる揮発工程とからなることを特徴とする硫
化カドミウム焼結膜の製造方法。
(1) A method of manufacturing a cadmium sulfide film by applying a paste containing cadmium sulfide powder, cadmium chloride, and an organic vehicle onto a substrate, drying it, and then subjecting it to a heat treatment, in which the heat treatment is performed using oxygen at 0.1 to 20V.
A grain growth step in which cadmium sulfide is grown by holding it at a temperature higher than the melting temperature of cadmium chloride and lower than its volatilization temperature in an atmosphere containing 0.1% of cadmium chloride. A method for producing a sintered cadmium sulfide film, comprising a volatilization step.
(2)上記粒成長工程を530〜600℃の温度範囲内
において行なうことを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項記載の硫化カドミウム焼結膜の製造方法。
(2) Claim No. 1, characterized in that the grain growth step is carried out within a temperature range of 530 to 600°C.
) A method for producing a cadmium sulfide sintered film as described in item 2.
(3)上記揮発工程を620〜700℃の温度範囲内に
おいて行なうことを特徴とする特許請求の範囲第(1)
項又は第(2)項記載の硫化カドミウム焼結膜の製造方
法。
(3) Claim (1) characterized in that the volatilization step is carried out within a temperature range of 620 to 700°C.
The method for producing a cadmium sulfide sintered film according to item (2) or item (2).
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